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3차원불규칙파동장하의 진동수주형 파력발전구조물에서 불규칙공기흐름의 수치시뮬레이션

Numerical Simulation of Irregular Airflow within Wave Power Converter Using OWC by Action of 3-Dimensional Irregular Waves.

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주제분류토목공학

초록

공기실 내에서 해수면의 상하운동을 공기흐름으로 변환하고, 이를 터빈의 구동력으로 이용하는 진동수주형(OWC; Oscillating Water Column)의 파력발전시스템은 파랑에너지흡수장치 중에 가장 효율적인 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 3차원불규칙파수치파동수로에 기초한 3D-NIT(3-Dimensional Numerical Irregular wave Tank)모델을 규칙파동장에 적용하여 산정된 공기실 내 수위변동의 시간변화로부터 공기흐름속도를 추정하고, 이의 결과와 수리모형실험으로부터 얻어진 공기흐름속도와를 비교하여 본 3D-NIT모델의 적용성을 검토하였다. 또한, 불규칙파동장하의 OWC파력발전구조물에서 공기실 내 공기흐름의 해석에 3D-NIT모델을 적용하여 입사주파수스펙트럼의 변화에 따른 공기흐름 주파수스펙트럼의 변화특성, 구조물의 존재여부에 따른 공기실 위치에서 주파수스펙트럼의 변화특성 및 구조물에 의한 반사율의 변화특성 등을 검토하였다. 이로부터 공기실 내에서 수위변동 및 공기흐름의 시계열 자료에서 위상차가 존재하며, 공기실 내의 공진에 의해 수위변동의 주파수스펙트럼에서 첨두치가 증폭되는 현상 등을 알 수 있었다.

Abstract

An Oscillating Water Column (OWC) wave generation system uses the air flow induced by the vertical motion of water column in the air chamber as a driving force of turbine. It is well known that OWC is one of the most efficient devices to harness wave power. This study estimated the air flow velocity from the time variation of the water level fluctuation in the air chamber under regular wave conditions using 3-dimensional numerical irregular wave tank (3D-NIT) model that can simulate the 3-dimensional irregular wave field. The applicability of the 3DNIT model was validated by comparing numerically predicted air flow velocities with hydraulic experimental results. In addition, the characteristics of air flow frequency spectrum variation due to the incident frequency spectrum change, and the variations of frequency spectrum and wave reflection due to the existence of converter inside the air chamber were discussed. It is found that the phase difference exists in between the air flow velocity and the water level fluctuation inside the air chamber, and the peak frequency of the spectrum in water level fluctuation is amplified by the resonance in the air chamber.

참고문헌 (35)

  1. 경조현, "진동수주형 파력발전기의 에너지 흡수효율 해석", 한국해양공학회지, 20(4), pp.64~69 (2006), 한국해양공학회
  2. 이광호, "진동수주형 파력발전구조물의 최적형상에 대한 검토", 한국해안·해양공학회논문집, 23(5), pp.345~357 (2011), 한국해안,해양공학회
  3. 이광호, "공진장치에 의한 단주기파랑의 제어에 관한 연구", 한국해안·해양공학회논문집, 24(1), pp.36~47 (2012), 한국해안,해양공학회
  4. 이광호, "저반사구조물을 이용한 파력발전에 있어서 압축공기흐름 및 작용파압에 관한 수치해석", 한국해안·해양공학회논문집, 23(2), pp.171~181 (2011), 한국해안,해양공학회
  5. 이민기, "CADMAS-SURF에 의한 불규칙파랑의 해석과 월파량 추산에 관한 연구", 석사, pp.2007
  6. 조일형, "원통형 진동수주 파력발전장치에 의한 파 에너지 흡수", 한국해안·해양공학회논문집, 14(1), pp.8~18 (2002), 한국해안,해양공학회
  7. Boccotti, P., "Comparison between a U-OWC and a conventional OWC", Ocean Engineering, 34, pp.799~805 (2007)
  8. Boccotti, P, "Caisson breakwaters embodying an OWC with a small opening - Part I : Theory", Ocean Engineering, 34, pp.806~819 (2007)
  9. Bønke, K., "Prototype wave power stations in Norway", Proceedings of International Symposium on Utilization of Ocean Waves-Wave to Energy Conversion, pp.34~45 (1986), ASCE
  10. Research and Development of Numerical Wave Channel(CADMAS-SURF), "CDIT", ~, pp.CDIT library, No.12 (2001)
  11. Delauré, Y.M.C., "3D hydrodynamic modelling of fixed oscillating water column wave power plant by a boundary element methods", Ocean Engineering, 30, pp.309~330 (2003)
  12. EI Marjani, A., "Numerical modelling in wave energy conversion systems", Energy, 33, pp.1246~1253 (2008)
  13. Evans, D.V., "Hydrodynamic characteristics of an oscillating water column device", Applied Ocean Research, 17, pp.155~164 (1995)
  14. Evans, D.V., "Efficient calculation of hydrodynamic properties of OWC-type devices", J. Offshore Mech. and Article Eng., 119, pp.210~218 (1997)
  15. Falcão, A.F. de O., "The shoreline OWC wave power plant at the Azores", Proceedings of 4th European Wave Energy Conference, pp.42~47 (2000)
  16. Falcão, A.F. de O., "Control of an oscillating-water-column wave power plant for maximum energy production", Applied Ocean Research, 24, pp.73~82 (2002)
  17. Falcão, A.F. de O., "Wave energy utilization : A review of the technologies", Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14, pp.899~918 (2010)
  18. Falcão, A.F. de O., "OWC wave energy devices with air flow control", Ocean Engineering, 26, pp.1275~1295 (1999)
  19. Falcão, A.F. de O., "Stochastic modelling of OWC wave power plant performance", Applied Ocean Research, 24, pp.59~71 (2002)
  20. Fujiwara, R, "A method for generation irregular waves using CADMAS-SURF and applicability for wave transformation and overtopping", Coastal Eng., 52, pp.41~45 (2005), JSCE
  21. Gervelas, R., "A time-domain simulator for an oscillating water column in irregular waves at model scale", Ocean Engineering, 38, pp.1~7 (2011)
  22. Goda, Y., "Random seas and design of maritime structures", pp.323~ (1985), University of Tokyo press
  23. Goda, Y., "Estimation of incident and reflected waves in random wave experiment", Proc. 15th ICCE, pp.828~845 (1976), ASCE
  24. Gouaud, F., "Experimental study of the hydrodynamic performance of an onshore wave power device in the presence of an underwater mound", Coastal Engineering, 57, pp.996~1005 (2010)
  25. Greenhow, M., "Optimal heave motion of some axisymmetric wave energy devices in sinusoidal waves", Applied Ocean Research, 19, pp.141~159 (1997)
  26. Heath, T., "The design, construction and operation of the LIMPET wave energy converter( Islay, Scotland)", Proceedings of 4th European Wave Energy Conference, pp.49~55 (2000)
  27. Hirt. C. W., "Volume of fluid(VOF) method for the dynamics of free boundaries", J. of Comput. Phys., 39, pp.201~225 (1981)
  28. Josset, C., "A time-domain numerical simulator for oscillating water column wave power plants", Renewable Energy, 32, pp.1379~1402 (2007)
  29. Malmo, O., "Wave-power absorption by an oscillating water column in a channel", J. Fluid Mech., 158, pp.153~175 (1985)
  30. Mitsuyasu, H., "On the growth of spectrum of wind-generated waves(2)-spectral shape of wind waves at finite fetch", Proc. Japanese Conf. on Coastal Eng., pp.1~7 (1970), JSCE
  31. Nakamura, T., "Effectiveness of a chamber- type water exchange breakwater and its ability of wave power extractions by wave induced vortex flows", Proceedings of Civil Engineering in the Ocean, 21, pp.547~552 (2005)
  32. Ohneda, H., "Construction procedure of a wave power extracting caisson breakwater", Proceedings of 3rd Symposium on Ocean Energy Utilization, pp.171~179 (1991)
  33. Paixao Conde, J.M., "Numerical study of the air-flow in an oscillating water column wave energy converter", Renewable Energy, 33, pp.2637~2644 (2008)
  34. Ravindran, M., "Energy from sea waves-the Indian wave energy program", Current Science, 60, pp.676~680 (1991)
  35. Yin, Z., "Numerical simulation of water and air flow in oscillating water column air chamber", Proceedings of 20th International Offshore and Polar Engineering Conference, pp.796~801 (2010), ISOPE

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